[發明專利]空間六自由度運動的六位移傳感器動態測量法

無效

• 申請號: 201210106028.4
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102636139A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 鄭萬國;謝志江;袁曉東;王成程;倪衛;熊遷;石萬凱;宋代平;譚寧
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心;重慶大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04;G01B21/22
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 方洪

1.一種空間六自由度運動的六位移傳感器動態測量法，其特征在于包括以下步驟：

1)搭建六位移傳感器并聯測量機構：

搭建的六位移傳感器并聯測量機構包括上平臺、下平臺和六個拉線式位移傳感器，上平臺和下平臺上各有六個安裝點用于安裝拉線式位移傳感器，同一平臺上的六個安裝點在一個圓上或者六角形的六個角處，上平臺的六個安裝點與下平臺的六個安裝點一一對應，上平臺的安裝點與對應的下平臺的安裝點之間按照最短距離原則連接拉線式位移傳感器，六個拉線式位移傳感器無觸碰，所述下平臺固定在基座上，上平臺上固定被測物體，并隨被測物體一起運動；

2)建立坐標系：

在上平臺上建立動坐標系o′-x′y′z′，下平臺上建立靜坐標系o-xyz，A_i，B_i分別為六個拉線式位移傳感器在上平臺和下平臺中的接觸點，A_i，B_i在直角坐標系o-xyz中的向量表示分別為A(A_ix，A_iy，A_iz)、B(B_ix，B_iy，B_iz)，l_i表示A_iB_i之間的位移，求解過程中，運動物體的六自由度x(t)、y(t)、z(t)、θx(t)、θy(t)、θz(t)表示為x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z，便于計算；

3)位置逆解：

當上平臺改變時，根據平面與平面上點的關系求出此時新點的坐標值A，

A＝T*A_i′+P

T為上平臺姿態的方向余弦矩陣，A_i′為A_i點在動坐標系的位置向量，P為上平臺上的動坐標系相對于下平臺靜坐標系中的位移矢量；

設上下兩個平臺對應安裝點之間的初始長度為l_i0，i＝1，2·6；上下兩平臺各對應安裝點之間的連線作為六個分支，各分支的實時測量長度可以表示成被測運動物體位置參數的函數：

li=|Ai-Bi|=(Aix-Bix)2-(Aiy-Biy)2-(Aiz-Biz)2=gi(x,y,z,θx,θy,θz)---(1.2)]]>

式中，A_ix，A_iy，A_iz為拉線式位移傳感器上端接觸點在定坐標系中的位置，B_ix，B_iy，B_iz為拉線式位移傳感器下端接觸點在定坐標系中的位置，因為被測運動物體在上平臺的位姿逆解即拉線式位移傳感器測得的長度變化量：

Δl_i＝l_i-l_i0＝g_i(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)-l_i0??????????????(1.3)

將被測運動物體的六個位姿參數代入式(1.3)，可求出測量被測物體時拉線式位移傳感器測得的長度變化量，然后據式l_i0＝l_i-Δl_i再調整上下平臺之間的距離；

4)位置正解

正解方程由逆解方程變化而來

l²＝(A-B_i)(A-B_i)^T

B_i為拉線式位移傳感器下端點在下平臺靜坐標系中的坐標，l_i為拉線式位移傳感器測得的長度

令Σi=16fi(x,y,z,θx,θy,θz)=(Ti*A′i+Pi-Bi)(Ti*A′i+Pi-Bi)T-li2=0---(1.4)]]>

首先令初始點x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z＝(0，0，0，0，0，0)；將f_i(A_i)(i＝1，2，…6)在A_i附近進行泰勒展開，并取其線性部分，得：

fi(Ai)+Σk=16(xk-xk)∂fi(Ai)∂xk=0]]>

式(1.4)可以看作是以A_i為未知數的線性方程組，其雅可比系數矩陣為：

J=∂f1∂x1∂f1∂x2·∂f1∂x6∂f2∂x1∂f2∂x2·∂f2∂x6·∂f6∂x1∂f6∂x2·∂f6∂x6]]>

通過初等行變換求雅可比矩陣的逆矩陣，這樣完全轉化為求矩陣的加減和乘法運算；其中(x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，x₆)＝(x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z)；解非線性方程組(1.4)就可得到被測物體的運動姿態x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z。

2.根據權利要求1所述的空間六自由度運動的六位移傳感器動態測量法，其特征在于：所述上平臺和下平臺均為正六邊形或圓形，上平臺位于下平臺的正上方。